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  • 所属章节:第2节 激素调节的过程

  • 【简答题】随着全球环境问题的加剧,动植物受环境变化的影响日益显著。科学家选取全球气候变暖和光污染两项环境问题,对高温影响睡眠和光影响情绪的神经环路进行了如下两个研究。请回答下列问题:
    (1)果蝇温度感受器AC神经元(ACs)表达的TrpA1是一种阳离子通道感温蛋白,试说明高温刺激转变为神经信号的方式:_______。RNA干扰(RNAi)技术通过设计反义RNA结合到靶mRNA上阻止其_______过程从而降低靶蛋白的含量。(WT组:高温正常果蝇与常温控制组比较;CN组:高温正常果蝇与常温RNAi比较;RNAi组:高温RNAi与常温控制组比较。VAChT:乙酰胆碱转运体。Nightsleepreduction:相对常温控制组的睡眠变化时间。*代表两组数据间存在较大偏差,ns代表两组数据间的差值可忽略)。
    ①在果蝇中进行TrpA1的RNAi,果蝇在高温环境中觉醒次数_______(选填“增多”或“减少”)。乙酰胆碱是ACs释放的神经递质,依据是_______。
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    ②ACs将信号传给DN1p神经元(DN1ps)。图2对DN1ps中表达的几种神经肽进行了RNAi.R18H11+DN1p神经元是DN1ps的一个亚群,图2表明:____。
    ③PI神经元(PIs)与DN1ps存在直接突触联系,Dh44+PI神经元是PIs的一个亚群,直接影响睡眠进行。图3为Dh44+PI神经元F/F0值,值越高,神经元越活跃。则高温促进夜晚觉醒的神经通路为:高温→____→夜晚觉醒(用→表示使兴奋,┥表示使抑制)。
    (2)早期研究表明长期碎片化的光暗刺激会引发负面情绪。研究人员对此现象有以下解释:
    A 夜间光线刺激通过视觉信号传至大脑引发负面情绪
    B 夜间光线刺激打乱了动物正常的生理节律引发负面情绪
    ①请你以小鼠为实验动物设计一个实验判断B解释是否正确____。(写出实验步骤即可,2分)
    ②通过①的实验,你发现解释B不成立。研究人员通过给小鼠模拟夜间光干扰来研究“光-情绪”神经环路。实验中出现了如下情境:
    a.视网膜视觉信号首先传导到pHb区,pHb区背侧连接NAc,腹侧连接mPFC。
    b.切断pHb信号对mPFC区的传导,小鼠对夜间光干扰表现出抑郁样行为
    c.连接pHb区和x区的神经元在夜间比白天更易兴奋
    光影响情绪的神经环路:视网膜→pHb区→x区。x为_______。已知x区为奖赏性神经元(使小鼠愉悦),则连接pHb区与x区之间的神经元释放_______(选填“兴奋”或“抑制”)性神经递质。请根据c情境提出一个健康生活的具体建议:_______。

    【答案】:(1)高温刺激使TrpA1打开,阳离子内流产生兴奋        翻译        减少
    乙酰胆碱转运体减少后兴奋不能继续传播产生觉醒效应
    CNMa是影响睡眠的神经肽由R18H11+DN1p表达(或CNMa促进睡眠觉醒此效应依赖于R18H11+DN1p的存在)
    ACs→R18H11+DN1p|Dh44+Pl
    (2)在夜间同一时间段对小鼠施加适宜强度的光照,持续数周(或较长一段时间)观察小鼠是否有抑郁样行为产生(或是否产生负面情绪的表现)
    NAc        抑制性        减少夜间看手机的时间

    【解析】:【分析】全球变暖会影响人们的睡眠,人体通过长期的进化,已经形成了高度适应了维持温度稳定的机制。无论是白天还是晚上,身体在消耗能量的同时,会不断地积聚着热量,一方面通过体表的各种汗腺和尿液等来带走一部分热量,另一方面会通过扩张血管和增加血液流动量,在将血液流向四肢末端的毛细血管的过程中,将一部分热量散发到周围的环境中。我们能够进入睡眠状态,即达到新陈代谢速率降低的目的,必须要使身体的核心体温下降,这种机制的实现是通过褪黑激素引发的。当外界环境温度过高时,不利于身体的散热,身体的新陈代谢机制会始终“开足马力”开展工作,无论是血液循环还是心肺功能,都将承受比适宜环境下更大的负担。
    [详解] (1)果蝇温度感受器AC神经元(ACs)表达的TrpA1是一种阳离子通道感温蛋白,故高温刺激转变为神经信号的方式为:高温能够刺激阳离子通道感温蛋白打开,使阳离子内流产生兴奋;mRNA是翻译的模板,当反义RNA结合到mRNA上就阻止了mRNA与核糖体结合完成翻译过程,从而降低靶蛋白的含量;
    ①RNAi的存在降低了靶蛋白的含量,使其传导兴奋的能力减弱,所以果蝇在高温环境中觉醒的次数减少;靶蛋白减少,使乙酰胆碱转运体减少,使兴奋不能继续传播产生觉醒效应,所以乙酰胆碱是由ACs释放的神经递质;
    ②由图2可以看出,CNMa是影响睡眠的神经肽由R18H11+DN1p表达(或CNMa促进睡眠觉醒此效应依赖于R18H11+DN1p的存在);
    ③由于Dh44+PI神经元F/FO的值越高,神经元越活跃,所以高温促进夜晚觉醒的神经通路为:高温→ACs→R18H11+DN1p|Dh44+PI→夜晚觉醒(用一表示使兴奋,┤表示使抑制)。
    (2) ①要验证“夜间光线刺激打乱了动物正常的生理节律引发负面情绪”的正确性,可在夜间同一时间段对小鼠施加适宜强度的光照,持续数周(或较长一段时间)观察小鼠是否有抑郁样行为产生(或是否产生负面情绪的表现);
    ②若光影响情绪的神经环路:视网膜一pHb区→x区,则x为NAc;若x区为奖赏性神经元连接pHb区,与x区之间的神经元释放抑制性神经递质;由题意可以给健康的生活建议:减少夜间看手机的时间。